一種帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于離心泵領(lǐng)域，尤其是涉及一種帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]徑向?qū)~位于葉輪和蝸殼之間，在核電用泵等領(lǐng)域中導(dǎo)葉式單級(jí)離心泵中廣泛應(yīng)用，徑向?qū)~將從葉輪獲得高能的流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓能，減小流體對(duì)蝸殼的沖擊力，另外也用于海水淡化等領(lǐng)域中的多級(jí)離心泵，徑向?qū)~降低流體的速度，可以消除流體的速度環(huán)量，從而流體進(jìn)入下一級(jí)葉輪時(shí)會(huì)減小水力損失。然而，導(dǎo)葉內(nèi)存在非常復(fù)雜的流動(dòng)特性，例如二次流、流動(dòng)分流等，產(chǎn)生產(chǎn)大的水力損失，據(jù)相關(guān)資料表明，導(dǎo)葉內(nèi)的水力損失約占泵內(nèi)水力損失的40%左右。
[0003]在流體機(jī)械領(lǐng)域中，已有相關(guān)理論證實(shí)了在泵葉輪葉片上開(kāi)槽可以較好地改善葉輪內(nèi)部流場(chǎng)。例如專利號(hào)CN200910052014.7的專利“泵溝槽引流葉片”提出了一種在葉片上開(kāi)溝槽的葉輪結(jié)構(gòu)，可有效地消除流動(dòng)分離，實(shí)現(xiàn)泵在較寬的運(yùn)行工況的性能提高。專利號(hào)201410300154.2的專利“一種具有消渦減阻孔的導(dǎo)葉體”提出在一種在葉片上開(kāi)孔的空間導(dǎo)葉，可以減小二次流和游禍，減少水力損失。
[0004]然而，在改善徑向式導(dǎo)葉離心泵中導(dǎo)葉內(nèi)部流動(dòng)研宄方面，對(duì)徑向?qū)~葉片開(kāi)槽結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)的專利并未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~及其設(shè)計(jì)方法，以減小在導(dǎo)葉工作面出現(xiàn)的漩渦區(qū)域，改善導(dǎo)葉內(nèi)部流場(chǎng)分布，從而提高徑向?qū)~的過(guò)流能力，進(jìn)而提尚栗的效率。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007]一種帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~的設(shè)計(jì)方法，包括徑向?qū)~，有以下步驟:
[0008](I)采用計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYS CFX 14.5對(duì)所述徑向?qū)~進(jìn)行定常數(shù)值模擬，得到徑向?qū)~內(nèi)全部流道的速度流線分布圖；
[0009](2)讀取步驟⑴中所述的速度流線分布圖并標(biāo)記所述速度流線分布圖中漩渦的個(gè)數(shù)和位置，確定所述徑向?qū)~的槽的個(gè)數(shù)和位置；
[0010](3)讀取步驟(I)中所述的速度流線分布圖并標(biāo)記所述速度流線分布圖中漩渦的最外層長(zhǎng)軸長(zhǎng)度L和流向，確定所述槽的大小和方向，在步驟(I)中所述徑向?qū)~上開(kāi)槽；得到帶槽的徑向?qū)~；
[0011](4)對(duì)步驟(3)中所述帶槽的徑向?qū)~進(jìn)行數(shù)值模擬，得到其速度流線分布圖，分析是否已得到改善；如果改善不明顯，則再次返回到步驟(3)，對(duì)槽的大小和方向進(jìn)行改進(jìn)，直到效果顯著。
[0012]進(jìn)一步的，所述槽的個(gè)數(shù)等于漩渦的個(gè)數(shù)。
[0013]進(jìn)一步的，過(guò)漩渦中心作葉片工作面的相切面的垂線b，該垂線b與徑向?qū)~的葉片相交于點(diǎn)A，所述槽位于點(diǎn)A處。
[0014]進(jìn)一步的，所述槽的截面為矩形；所述槽的寬度為(1/12?1/10)L，所述槽的高度為寬度的1-3倍。
[0015]進(jìn)一步的，所述槽的寬為0.5?5_，高為3?12_。
[0016]進(jìn)一步的，所述徑向?qū)~的葉片外側(cè)面為葉片工作面，沿流道方向所述槽與葉片工作面的相切面之間有一夾角，所述夾角為20°?45°。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018](I)本發(fā)明采用計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYS CFX 14.5對(duì)原徑向?qū)~定常數(shù)值模擬后得到速度流線分布圖，進(jìn)而設(shè)計(jì)出導(dǎo)葉葉片上的槽結(jié)構(gòu)，使葉片工作面出現(xiàn)的漩渦區(qū)域通過(guò)所述槽流動(dòng)到葉片背面，同時(shí)不影響葉片背面的流動(dòng)；漩渦區(qū)域面積的減小有效地改善了葉片工作面的流體流動(dòng)，提高了徑向?qū)~的過(guò)流能力，進(jìn)而提高泵的運(yùn)行效率。
[0019](2)本發(fā)明所設(shè)計(jì)出的槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作，可在徑向?qū)~模具制造過(guò)程中容易完成，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~的示意圖。
[0021]圖2為所述槽結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0022]圖3為多級(jí)離心泵的徑向?qū)~內(nèi)一流道的速度流線分布圖。
[0023]圖4為實(shí)施例1中夾角為20°的帶槽徑向?qū)~內(nèi)一流道的速度流線分布圖。
[0024]圖5為實(shí)施例1中夾角為30°的帶槽徑向?qū)~內(nèi)一流道的速度流線分布圖。
[0025]圖6為單級(jí)離心泵的徑向?qū)~內(nèi)一流道的速度流線分布圖。
[0026]圖7為實(shí)施例2中夾角為25。的帶槽徑向?qū)~內(nèi)一流道的速度流線分布圖。
[0027]附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0028]1-前蓋板，2-葉片背面，3-葉片，4_槽，5-葉片工作面，6_后蓋板，7~夾角，8_葉片出口。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]采用計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYS CFX 14.5對(duì)多級(jí)離心泵的徑向?qū)~進(jìn)行定常數(shù)值模擬，得到導(dǎo)葉內(nèi)全部流道的速度流線分布圖，讀取速度流線分布圖并標(biāo)記所述速度流線分布圖中漩禍的個(gè)數(shù)、位置、最外層長(zhǎng)軸長(zhǎng)度L和流向，由此確定槽4的個(gè)數(shù)、位置、大小和方向，在所述徑向?qū)~上開(kāi)槽4，得到帶槽4的徑向?qū)~。
[0032]如圖1所示，所述帶槽4的徑向?qū)~包括前蓋板1、葉片3和后蓋板6，槽4連通葉片工作面5和葉片背面2。因?yàn)槎嗉?jí)離心泵的徑向?qū)~速度流線分布圖內(nèi)存在8個(gè)漩渦區(qū)域，而且漩渦區(qū)域發(fā)生在葉片工作面5并靠近葉片出口 8，因此在出現(xiàn)漩渦區(qū)域的8個(gè)葉片3上設(shè)計(jì)8個(gè)槽4。槽4靠近前蓋板I且位于距葉片出口 8的1/3葉片長(zhǎng)度處。如圖2所示，槽4的截面為矩形，槽4與葉片工作面5的相切面之間為夾角7。取所述夾角7為20°，槽4的寬為0.8mm、高度為2mm，由此設(shè)計(jì)出帶槽4的徑向?qū)~。
[0033]將實(shí)施例1中帶槽4的徑向?qū)~通過(guò)數(shù)值模擬，得到速度流線分布圖。通過(guò)對(duì)比圖3和圖4，從中可以看出，葉片工作面5的漩渦區(qū)域面積未得到顯著改善；調(diào)整夾角7為30°，寬度為3mm，高度為4mm，其他參數(shù)不變，得到夾角7為30°的帶槽導(dǎo)葉，通過(guò)對(duì)其數(shù)值模擬，得到速度流線分布圖。比較圖3和圖5，葉片工作面5區(qū)域的流動(dòng)得到改善，漩渦區(qū)域面積顯著減小，在葉片工作面5產(chǎn)生的漩渦由于具有較高的靜壓，通過(guò)槽4流動(dòng)到葉片背面2，同時(shí)不影響葉片背面2的流動(dòng)，提高了徑向?qū)~的過(guò)流能力，進(jìn)而提高泵的運(yùn)行效率。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]采用計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYS CFX 14.5對(duì)單級(jí)離心泵的徑向?qū)~進(jìn)行定常數(shù)值模擬，得到導(dǎo)葉內(nèi)全部流道的速度流線分布圖，讀取速度流線分布圖并標(biāo)記所述速度流線分布圖中漩禍的個(gè)數(shù)、位置、最外層長(zhǎng)軸長(zhǎng)度L和流向，由此確定槽4的個(gè)數(shù)、位置、大小和方向，在所述徑向?qū)~上開(kāi)槽4，得到帶槽4的徑向?qū)~。
[0036]因?yàn)閺较驅(qū)~內(nèi)存在5個(gè)漩渦區(qū)域，而且漩渦區(qū)域發(fā)生在葉片工作面并靠近葉片出口 8，因此在出現(xiàn)漩渦區(qū)域的5個(gè)葉片3上開(kāi)5個(gè)槽4。槽4靠近前蓋板I且位于距葉片出口 8的1/4葉片長(zhǎng)度處；所述夾角7為25°，槽4的截面為寬5mm、高8mm的矩形。
[0037]將實(shí)施例2中所述帶槽4的徑向?qū)~通過(guò)數(shù)值模擬，得到速度流線分布圖。過(guò)對(duì)比圖5和圖6，從中可以看出，葉片工作面5區(qū)域的流動(dòng)得到改善，漩渦區(qū)域面積顯著減小，提高了徑向?qū)~的過(guò)流能力，進(jìn)而提高泵的運(yùn)行效率。
[0038]所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~的設(shè)計(jì)方法，包括徑向?qū)~，其特征在于，以下步驟: (1)采用計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYSCFX 14.5對(duì)所述徑向?qū)~進(jìn)行定常數(shù)值模擬，得到徑向?qū)~內(nèi)全部流道的速度流線分布圖； (2)讀取步驟(I)中所述的速度流線分布圖并標(biāo)記所述速度流線分布圖中漩渦的個(gè)數(shù)和位置，確定所述徑向?qū)~的槽(4)的個(gè)數(shù)和位置； (3)讀取步驟(I)中所述的速度流線分布圖并標(biāo)記所述速度流線分布圖中漩渦的最外層長(zhǎng)軸長(zhǎng)度L和流向，確定所述槽(4)的大小和方向，之后在步驟(I)中所述徑向?qū)~上開(kāi)槽(4)，得到帶槽⑷的徑向?qū)~； (4)對(duì)步驟(3)中所述帶槽(4)的徑向?qū)~進(jìn)行數(shù)值模擬，得到其速度流線分布圖，分析漩渦區(qū)域是否已得到明顯改善；如果改善不明顯，則再次返回到步驟(3)，對(duì)槽(4)的大小和方向進(jìn)行改進(jìn)，直到效果顯著。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述槽(4)的個(gè)數(shù)等于漩渦的個(gè)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，過(guò)漩渦中心作葉片工作面(5)的相切面的垂線b，所述垂線b與葉片相交于點(diǎn)A，所述槽(4)位于點(diǎn)A處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述槽(4)的截面為矩形；所述槽(4)的寬度為(1/12?1/10) L，所述槽(4)的高度為寬度的1-3倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述槽(4)寬度為0.5?5_，高度為3?12_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述徑向?qū)~的葉片外側(cè)面為葉片工作面(5)，沿流道方向所述槽(4)與葉片工作面(5)的相切面之間有一夾角(7)，所述夾角(7)為20°?45°。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~及其設(shè)計(jì)方法，包括前蓋板、葉片、槽和后蓋板，所述槽連通葉片工作面和葉片背面；采用計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYS CFX 14.5對(duì)徑向?qū)~定常數(shù)值模擬，得導(dǎo)葉內(nèi)全部流道的速度流線分布圖，以此來(lái)設(shè)計(jì)帶槽的徑向?qū)~；對(duì)帶槽的徑向?qū)~進(jìn)行數(shù)值模擬，得到其速度流線分布圖，分析是否已得到改善，如果改善不明顯，則再次根據(jù)速度流線分布圖，對(duì)槽進(jìn)行改進(jìn)，直到效果顯著。本發(fā)明通過(guò)減小導(dǎo)葉工作面的漩渦區(qū)域，改善導(dǎo)葉內(nèi)部流場(chǎng)分布，從而提高其過(guò)流能力；所述的帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，該槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在徑向?qū)~模具制造過(guò)程中即可完成，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
【IPC分類】F04D29-44, G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104537165
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410797350
【發(fā)明人】王文杰, 袁壽其, 裴吉, 張金鳳, 孟凡, 陳佳
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日